原位测试技术.doc

第十四讲 原位测试技术 一,内容提要: 内容提要: 本讲主要讲述原位测试技术:载荷试验,十字板剪切试验,静力触探试验,圆锥动力触 探试验,标准贯入试验,旁压试验,扁铲侧胀试验. 二,重点难点: 重点难点: 各种原位测试手段的适用范围及各自的优点. 三,内容讲解: 内容讲解: 所谓原位测试就是在土层原来所处的位置基本保持土体的天然结构,天然含水量以及天 然应力状态下,测定土的工程力学性质指标. 原位测试与室内土工试验相比,具有以下主要优点: (1)可以测定难以取得不扰动土样(如饱和砂土,粉土,流塑淤泥及淤泥质土,贝壳 层等)的有关工程力学性质; (2)可以避免取样过程中应力释放的影响; (3)原位测试的土体影响范围远比室内试验大,因此代表性也强; (4)可大大缩短地基土层勘察周期. 但是,原位测试也有不足之处.例如:各种原位测试都有其适用条件,若使用不当 则会影响其效果;有些原位测试所得参数与土的工程力学性质间的关系往往是建立在统 计经验关系上;另外,影响原位测试成果的因素较为复杂,使得对测定值的准确判定造 成一定的困难;还有,原位测试中的主应力方向往往与实际岩土工程中的主应力方向并 不一致等等.因此,土的室内试验与原位测试,两者各有其独到之处,在全面研究土的 各项性状中,两者不能偏废,而应相辅相成. 工程地质原位测试的主要方法有:静力载荷试验,触探试验,剪切试验和地基土动力特 性试验与现场渗透试验等. 【例题 1】下列不属于原位测试手段的是( A. 载荷试验 ).B. 触探试验 C. 现场渗透试验 D. 压缩试验 答案:D (一)静力载荷试验(CPT) 静力载荷试验(CPT) 1. 静力载荷试验的基本原理和意义 静力载荷试验就是在拟建建筑场地上,在挖至设计的基础埋置深度的平整坑底放置 一 定规格的方形或圆形承压板,在其上逐级施加荷载,测定相应荷载作用下地基土的稳定沉降量,分析研究地基土的强度与变形特性,求得地基土容许承载力与变形模量等 力学数据.可见,静力载荷试验实际上是一种与建筑物基础工作条件相似,而且直接对 天然埋藏条件下的土体进行的现场模拟试验.所以,对于建筑物地基承载力的确定,比 其他测试方法更接近实际;当试验影响深度范围内土质均匀时,用此法确定该深度范围 内土的变形模量也比较可靠. 用静力载荷试验测得的压力 P(kpa)与相应的土体稳定沉降量 S(mm)之间的关系曲线 (即 PS 曲线),按其所反映土体的应力状态,一般可划分为三个阶段,如图 16-7-5.阶段: 第 I 阶段:从 PS 曲线的原点到比例界限压力 P0(P0 亦称临塑压力).该阶段 PS成线性关系,故称之为直线变形阶段. 在这个阶段内受荷土体中任意点产生的剪应力小于土的抗剪强度,土体变形主要由 于土中孔隙的减少引起,土颗粒主要是竖向变位,且随时间渐趋稳定而土体压密,所以 也称压密阶段. 阶段:从临塑压力 P0 到极限压力 PU,PS 曲线由直线 第 II 阶段 关系转变为曲线关系,其曲线斜率随压力 P 的增加而增大.这个阶段除土体的压密外,在承压板边缘已有 小范围局部土体的剪应力达到或超过了土的抗剪强度,并开始向周围土体发生剪切破坏 (产生塑性变形区);土体的变形由于土中孔隙的压缩和土颗粒剪切移动同时引起,土粒 同时发生竖向和侧向变位,且随时间不易稳定,称之为局部剪切阶段. 阶段:极限压力 PU 以后,沉降急剧增加.这一阶段的显著特点是:即使不施 第 III 阶段 加荷载,承压板也不断下沉,同时土中形成连续的滑动面,土从承压板下挤出,在承压 板周围土体发生隆起及环状或放射状裂隙,故称之为破坏阶段.该阶段在滑动土体范围 内各点的剪应力达到或超过土体的抗剪强度;土体变形主要由土颗粒剪切变位引起,土 粒主要是侧向移动,且随时间不能达到稳定. 显然,当建筑物基底附加压力P0 时,地基土的强度是完全保证的,且沉降也较小. 而当基底附加压力大于 P0 小于 PU 时,地基土体不会发生整体破坏,但建筑物的沉降量 较大. 静力载荷试验可用于下列目的: (1)确定地基土的临塑荷载 P0,极限荷载 PU,为评定地基土的承载力提供依据; (2)估算地基土的变形模量 E0,不排水抗剪强度 Cu 和基床反力系数 Kv. 【例题 2】做现场静力载荷试验时的实验位置为( A. 基础埋置深度以上 D. 地表处 B. 基础埋置深度以下 ). C. 基础埋置深度处 答案:C ).【例题 3】利用现场静力载荷试验不可以确定或估算地基土的项目是( A. 临塑荷载 B. 极限荷载 C. 弹性模量D. 基床反力系数答案:C 2. 静力载荷试验的装置 载荷试验的装置由承压板,加荷装置及沉降观测装置等部分组成.其中承压板一般 为 方形或圆形板;加荷装置包括压力源,载荷台架或反力架,加荷方式可采用重物加荷和油压千斤顶反压加荷两种方式;沉降观测装置有百分表,沉降传感器和水准仪 等. 图 16-7-6 为几种常见的载荷试验设备.3. 静力载荷试验的基本技术要求 静力载荷试验的承压板,一般用刚性的方形或圆形板,其面积应为 2500cm2 或 5000cm2,目前工程上常用的是 70.7cm70.7cm 和 50cm50cm. 对于均质密实的土如 Q3 老粘性土也可用 1000cm2 的承压板.但对于饱和软土层,考虑 到在承压板边缘的塑性变形影响,承压板的面积不应小于 5000cm2. 如果地表为厚度不大的硬壳层,其下为软弱下卧层,而且建筑物基础以硬壳层为持力 层,此时承压板应当选用尽量大的尺寸,使受压土层厚度与实际压缩层厚度相当,条件许可时,最好在现场浇一实体基础供试验用.但承压板面积加大,加载重量相应增加, 试验的困难也就增大.故除了专门性的研究外,通常仍然采用 5000cm2 的承压板.在软 土层或一般粘性土层中, 比例界限值 P0(临塑压力)一般不受或很少受承压板宽度的影响, 但不同埋深对 P0 有影响.加随埋深而增大,其变化规律与试验深度处土体原始有效覆盖 压力的变化基本一致.所以,对于厚度大而且比较均匀的软土或一般粘性土地基,可以 采用较小面积的承压板进行静力载荷试验. 为了排除承压板周围超载的影响,试验标高处的坑底宽度不应小于承压板直径(或宽 度)的 3 倍, 并应尽可能减小坑底开挖和整平对土层的扰动, 缩短开挖与试验的间隔时间. 而且,在试验开始前应保持土层的天然湿度和原状结构.当被试土层为软粘土或饱和松 散砂土时,承压板周围应预留 2030cm 厚的原状土作为保护层.当试验标高低于地下水 位时,应先将地下水位降低至试验标高以下,并在试坑底部敷设 5cm 厚的砂垫层,待水 位恢复后进行试验. 承压板与土层接触处,一般应敷设厚度为 lcm 左右的中砂或粗砂层,以保证底板水 平,并与土层均匀接触. 试验加荷方法应采用分级维持荷载沉降相对稳定法(慢速法)或沉降非稳定法(快速 法).试验的加荷标准:试验的第一级荷载(包括设备重量)应接近卸